Rening av livselixir:
Hur fungerar dagens reningsverk och vad bör göras för att undvika förödande konsekvenser av
läkemedel i naturen?
Evelina Estola
Examensarbete i farmaci 15 hp Apotekarprogrammet 300 hp Rapporten godkänd: VT 2016
Handledare: Lisa Lundin, Eva Weidemann Examinator: Jerker Fick
Sammanfattning
Inledning: Det sker en enorm ökning i konsumtion och användning av läkemedel i takt med att världens population ökar och nya läkemedel upptäcks och framställs.
Detta innebär att större mängder läkemedel även hamnar i avfall och avloppsvatten.
Reningsprocessen kan skilja sig lite beroende på vilken kommun det gäller och vart vattnet tas ifrån. Aktivt kol är det mest utbredda ämnet i världen som används vid reningsverk, men trots det används det varken i Stockholm, Umeå eller i Ylitornio (Finland), de orter som studien utgår ifrån.
Syfte: Syftet med laborationen är att konstruera tre olika experimentella uppställningar med renande funktion, och jämföra effektiviteten vad gäller eliminering av läkemedel i vatten. Detta för att eventuellt få fram ett förslag till framtida åtgärder i dagliga reningsverk. Dessutom kommer dricksvatten från tre olika orter att analyseras för att ta reda på läkemedelshalterna samt diskutera vad läkemedel i naturen har för konsekvenser för människor och djur.
Metod: en del av studien fokuserar på de tre olika experimentella uppställningarna där man låtit spikat vatten med kända koncentrationer av vissa utvalda läkemedel (12 st), rinna igenom och låta vattnet renas. Det utgående vattnet har sedan analyserats i ett LCLC/MSMS-instrument för att se de utvalda läkemedlens nya koncentration, dvs.
hur mycket som renats, och vilken uppställning som varit effektivast.
Den andra delen av laborationen bestod av analys av dricksvatten från tre olika orter för att ta reda på om det överhuvudtaget finns några läkemedelsrester i vattnet vi dricker, men också om det skiljer sig mellan olika delar av landet. Även här gjordes analysen med hjälp av LCLC/MSMS-instrumentet.
Resultat: Enbart sand samt sand och jord renar faktiskt en stor del av läkemedlen och marken i sig fungerar som ett enda stort filter, men det som ändå var effektivast med att reducera läkemedelshalterna var uppställningen med aktivt kol.
Vad gäller dricksvattnet på de olika orterna så visade det sig att Stockholmsvattnet innehöll många fler läkemedelsretser (6 st) medan Umeås och Ylitornios vatten innehöll en enda läkemedelsrest. Läkemedelshalterna var även de betydligt högre i Stockholmsvattnet.
Diskussion: Trots att vattnet renas i vattenreningsverk så finner man ändå läkemedelsrester i dricksvattnet. Anledningen till att det skiljer mellan Stockholm och Umeå samt Ylitornio, vad gäller läkemedelsrester och halterna av dessa, beror till stor del på att vattnet i Mälaren är mycket orenare än grundvattnet. Aktivt kol skulle förmodligen rena vattnet bättre om det tillsattes i dagens reningsverk, men energikrävande återvinning av kol samt bristande förmåga i att eliminera det allra hydrofilaste läkemedel måste vägas in i besluten. Striktare åtgärder krävs dock snarast möjligt, framförallt när det gäller rening av östrogenläkemedel, som bland annat hämmar fiskarnas fortplantning.
Slutsats: Mycket av reningsarbetet gör naturen själv, partiklar och molekyler filtreras av bl.a. sand och jord, men tillsats av aktivt kol är snäppet bättre. Halterna av läkemedelsrester skiljer sig i olika delar av landet. I dagsläget är halterna av läkemedelsresterna så pass låga att människor inte tar skada, men för vissa högpotenta läkemedel bör en striktare rening eftersträvas på grund av förödande konsekvenser inom djurlivet.
1
Introduktion
Något som troligtvis alla är bekanta med, på ett eller annat sätt, är läkemedel som lindrar, förebygger eller botar sjukdomar. Det sker en enorm ökning i konsumtion och användning av läkemedel i takt med att världens population ökar och nya läkemedel upptäcks och framställs. Att utvecklingen går framåt är något positivt men det innebär också att större mängder läkemedel, efter intag och passage i kroppen, utsöndras och hamnar i avfall och avloppsvatten (1). Trots rening av vattnet finns det viss risk att ämnen och små partiklar följer med vattnet som skickas ut i kranarna, däribland läkemedelssubstanser och metaboliter (1,2). Detta sker dock i väldigt låga halter och vid tillfällig exponering anses mängden läkemedel oftast inte ha någon signifikant betydelse och påverkar inte människan desto mer. Dock kan det finnas läkemedel med mer eller mindre påverkan på vatten- och landlevande organismer (1).
Processen för rening av avloppsvatten och dricksvatten ser i dagsläget väldigt liknande ut på reningsverken i Sverige och i Norden (Figur 1.). Spillvattnet (avloppsvattnet) från hushållen kommer till reningsverket och passerar ett rensgaller som fångar upp föremål och skräp större än 10mm. Andra steget är att spillvattnet åker igenom Sandfånget, vilket innebär att alla partiklar som är tyngre än vatten sjunker till botten av bassängen. Från botten pumpas slammet upp i rännor och spillvattnet som blir kvar fortsätter till det tredje steget i reningen, nämligen Försedimentering. Precis innan detta steg tillsätts ett fällningsmedel, som gör att smuts klumpar ihop sig och att de större partiklarna sjunker till botten eller flyter upp till ytan.
Figur 1. Visar de tre stegen som innefattar filtrering genom rensgaller (mekanisk), nedbrytning av mikroorganismer (biologisk) samt det sista steget där det slutliga slammet sedimenteras och separeras bort innan det släpps ut i ett vattendrag.
Slammet som bildats i bassängens botten eller på ytan skrapas bort och transporteras bort via rännor. I detta steg rensas vattnet även från fosfor, ett grundämne som leder till övergödning av sjöar. Näst sista steget för spillvattnet är Biosteget. Här utnyttjas
I Sverige ingår vanligen tre steg i reningen:
Mekanisk:
Rensgaller filtrering Sedimentering
Biologisk:
”Biosteget”
Kemisk:
Fosfor binds
Slammet separeras bort
Vattendrag
2 miljontals mikroorganismer som äter urin och avföring för att bryta ner dessa samt andra föroreningar som finns kvar. När detta är gjort rinner spillvattnet sakta vidare till tre bassänger där det får stå så länge att de sista mikroorganismerna sjunkit till botten och slammet kan separeras bort. Det är det sista steget innan vattnet är så pass rent och det släpps ut i närmsta vattendrag (3,4).
När det kommer till rening av dricksvatten i Sverige skiljer sig processen beroende på ort och reningsverk. I Umeå tas vattnet från grundvattnet medan det i Stockholm tas från ytvattnet i sjön Mälaren (se figur 2), vilket innebär att det krävs lite olika steg i reningen.
Det vatten som pumpas upp ur grundvattnet anses redan vara väldigt ”rent” så själva reningsprocessen är ganska simpel. Det uppumpade vattnet luftas för att frigöra järn, för att sedan låta det passera sand så att järnet fastnar där. Innan man sedan låter vattnet åka ut till konsumenterna höjer man vattnets pH-värde genom att låta vattnet passera ett filter av kalciumkarbonat. Sedan 2015 har man i Umeå kommuns alla dricksvattenverk även installerat UV-ljus som desinfektionsmetod mot bakterier, virus och parasiter (5).
I Stockholm där vattnet pumpas från Mälaren sker reningen i något fler steg och är ganska likt processen för rening av avloppsvattnet. Först silas vattnet så större föremål kan elimineras och därefter tillsätts aluminiumsulfat för att få partiklar att klumpa ihop sig och sjunka till botten. Vattnet fortsätter sedan genom ett meterlångt snabbfilter av sand för att eliminera partiklarna, innan det går vidare till det mer långsamma sandfiltret där vattnet renas i ca 8 timmar. Förutom den mekaniska reningen pågår även en biologisk rening i form av mikroorganismer som äter upp föroreningar i vattnet. Efter allt detta genomförs även här en desinfektionsmetod med hjälp av UV- ljus samt att man tillsätter en liten mängd kloramin, för att sedan skicka ut det i kranarna (6).
Figur 2. Förenkling av hur vattnet renas i Umeå, där
Grundvatten Mälaren
Kranvatten
Filtrering Sedimentering
Snabbfilter Långsamt filter Biologisk rening
UV-ljus Klorering Luftas (frigörs från järn)
Sandfilter Alkalisering
UV-ljus
Kranvatten
3 vattnet tas från grundvattnet, respektive Stockholm som tar sitt vatten från sjön Mälaren.
Det som bland annat har betydelse för om en substans är svår renat eller inte, är dess vattenlöslighet och log KOW. Dessa beror i sin tur på hur molekylen är uppbyggd och vilka funktionella grupper som ingår i strukturen. Hydroxylgrupper, amino- och flourgrupper samt karboxylgrupper är väldigt vattenlösliga medan kolväten är mera fettlösliga. I tabell 1 finns värden för respektive läkemedelssubstans samt en bild på hur molekylen ser ut och vilka funktionella grupper den har.
Vattenlösligheten (Water Solubility) mäts i mg/L och ju högre WS, desto mer vattenlöslig är molekylen. Tvärtom mäter log KOW hur pass fettlöslig en molekyl är och där gäller sambandet; ju högre log KOW, desto fettlösligare molekyl (7). En molekyl med log KOW >5 anses vara väldigt lipofil.
Enligt en studie gjord av Kodešová R et. al. (8) visar det sig att omgivningens pH, i detta fall jordens pH, också har betydelse för adsorptionen av läkemedel. Andelen anjoner av ett ämne ökar i samband med att pH ökar, vilket leder till minskad adsorption av läkemedlet eftersom anjoner adsorberas sämre till jordar som innehåller organiskt kol och lera.
Tabell 1. Sammanfattning av de läkemedel som ingår i studien: strukturformel, vattenlöslighet och log KOW, retentionstid för LC/MS samt en kort beskrivning av läkemedlet.
Substans Strukturformel Vattenlösligh et(WS) samt log KOW
Retenti onstid (min)
Beskrivning
Bisoprolol WS: 2240mg/L
log KOW: 1,87
6,82 Selektiv beta- blockerare.
Indikation hypertoni och/eller kärlkramp.
Metoprolol WS: 16900mg/L
log KOW: 1,88
6,2 Samma som
bisoprolol.
Ciprofloxacin WS:
30000mg/L log KOW: 0,28
6,02 Antibiotika
Sulfametox-
azole WS: 610mg/L
Log KOW: 0,89
7 Anitbiotika
Tetracyklin WS: 231mg/L
Log KOW: -1,37
5,96 Antibiotika
Trimetoprim WS: 400mg/L
Log KOW: 0,91
5,57 Antibiotika
Kodein WS: 9000mg/L
Log KOW: 1,14
4,97 Analgetikum samt
hosthämmand e.
4
Syfte
Min uppgift i denna studie är att testa tre olika experimentella uppställningar av reningsverk, för att se om det är någon skillnad i effektivitet vad gäller de olika komponenter som uppställningarna är byggda på. Jag kommer också att jämföra och analysera dricksvatten från tre olika orter för att se om det skiljer sig i hur rent vattnet är när det gäller läkemedelsrester, och vad det isåfall kan bero på.
Det är oerhört omständigt att analysera varenda läkemedelssubstans som finns i omlopp eftersom det kan finnas hundra- eller tusentals olika substanser, så därför har jag begränsat och inriktat mig på tolv specifika läkemedel under studiens gång, nämligen metoprolol, bisoprolol, ciprofloxacin, sulfametoxazol, trimetoprim, tetracyklin, oxazepam, venlafaxin, kodein och tramadol samt flekainid och flukonazol.
De frågeställningar jag ska försöka besvara i och med studien är dessa:
• Hur pass effektiva är dagens reningsverk när det kommer till att rena vatten från läkemedelsrester? Skiljer det sig i olika delar av landet?
• Verkar något läkemedel vara lättare att rena bort än andra?
• Hur effektiva är mina experimentella uppställningar på att rena läkemedelsrester?
• Är den ena bättre än den andra, och finns det något man skulle kunna överföra från dessa för att möjligtvis effektivisera de riktiga reningsverken?
• Konsekvenser av läkemedel i naturen – ur miljösynpunkt samt människans hälsa? Är något av läkemedlen farligare än de andra?
Metod
LABORATION ”IMITATION AV RENINGSVERK”
Tramadol WS:
>39500mg/L Log KOW: 2,4
6,24 Analgetikum
Flecainid WS: 48,4mg/L
Log KOW: 3,78
7,59 Antiarytmika
Fluconazol WS: 4,4mg/L
Log KOW: 0,25
6 Antimykotika
Oxazepam WS: 179mg/L
Log KOW: 2,24
7,41 Lugnande medel,
bensodiazepin derivat.
Venlafaxin WS: 267mg/L
Log KOW: 3,20
6,84 Antidepressivu m
5 Material
• ”Spikat vatten” med halten 5µg/0,5L (10µg/L)
• Glasull
• Otvättad sand
• Blomjord
• Aktivt kol
• Intern Standard-lösning(IS), 58µl i respektive rörglas.
• 9 st kolonner
• metallställning med spännen
• mätglas
• 9 st spetskolvar
• våg
• provrörsställ
• 12 st sprutor
• 12 st filter
• 12 st rörglas
• LCLC/MSMS-instrument
Förberedning av det ”spikade” vattnet gjordes genom att blanda 1,9ml av en 2.63 µg/mL mixtur av läkemedel med 500ml Milli-Q-vatten, för att få en blandning med den önskade halten 10 µg/L.
Experimentella uppställningen gick till så att 9 kolonner i lodrät ställning fästes på en metallställning. Alla kolonner fylldes med ca 1-2cm tjockt lager av glasull för att hindra efterkommande material från att rinna ut men samtidigt låta vätskan rinna igenom. 3 av kolonnerna fylldes sedan enbart med otvättad sand (ca 20 cm3) medan 3 andra fylldes med jord (ca 7 cm3) och sand (ca 11 cm3) samt resterande 3 som bestod av aktivt kol (ca 4,5 cm3) och sand (ca 14 cm3). Orsaken till att det gjordes 3 kolonner av varje sorts reningsverk var för att utföra replikaten parallellt med själva studien.
Figur 3. Experimentell uppställning under laborationen (kolonnerna) med sand+jord (3 st) längst till vänster, sand (3 st) i mitten och sand+aktivt kol (3 st) längst till höger.
30 ml av det spikade vattnet hälldes i vart och ett av kolonnerna. En spetskolv ställdes under varje kolonn för att samla upp vätskan som rinner ut efter filtreringen.
6 Spetskolvarna märktes med beteckningen för sand (S1, S2 och S3), sand + jord (S+J1…) samt sand + aktivt kol (S+aK1…) beroende på vilken kolonn de låg under.
När all vätska runnit igenom kolonnen och samlats i bägaren hälldes 5 gram av lösningen i små rörglas märkta med samma respektive beteckning. Viktigt var att lösningen sprutades ner i rörglasen genom ett filter för att eliminera eventuella partiklar som följt med sanden, jorden och/eller det aktiva kolet. För att ha referenser, s.k. standarder, att ta hänsyn till under analysen fylldes ytterligare 3 rörglas med ca 5 g av det spikade vattnet, utan att ha runnit igenom någon av uppställningarna. Dessa märktes med Ref1, Ref2, Ref3.
I alla 12 rörglas tillsattes 58µl IS för att sedan analyseras i ett LCLC/MSMS-instrument.
Liquid Chromatography/Mass Spectrometry(LC/MS) används ofta som analysmetod i sådana här sammanhang. Det är en kemisk analytisk teknik som kombinerar vätskekromatografins separations kapacitet med massanalysfunktioner av masspektometri. Tekniken går ut på att provet (lösningen som skall analyseras) tvingas igenom en kolonn med hjälp av en vätska utsatt för högt tryck (mobil fas) (2). Kolonnen är fylld av partiklar som valts ut eller deriverats för att åstadkomma särskilda typer av separationer (stationär fas). Varje ämne har sin egen retentionstid, dvs. ett specifikt ämnes beståndsdelar har separerats och genomgått kromatografin under en viss unik tid. För de ämnen som studerades i denna studie finns retentionstiderna i tabell 2.
Tabell 2. Retentionstiderna för respektive läkemedel. Med hjälp av dessa kunde man detektera läkemedlet under analysen.
RT (min) Bisoprolol 6,82 Metoprolol 6,2 Ciprofloxacin 6,02 Sulfametoxazol 7 Tetracyklin 5,96 Trimetoprim 5,57 Kodein 4,97 Tramadol 6,24 Flekainid 7,59 Flukonazol 6 Oxazepam 7,41 Venlafaxin 6,84
Tri IS 5,57 Fluconazole D4 6,04 Tramadol IS 6,22 Sulfamet IS 6,62 Oxa IS 7,44 Flecainid IS 7,59 Codein IS 4,93
I det spikade vattnet var koncentrationen av varje läkemedel 10 µg/L. Anledningen till att man tillsätter IS i vattnet är för att kunna veta vilken topp som indikerar för ett specifikt ämne. I tabell 2 syns retentionstiderna för några av de läkemedel som fanns i IS-lösningen. Läkemedlen i IS är inmärkta och skiljer sig från de naturligt
7 förekommande läkemedlen. Istället för vanliga väten med en proton ( 1H ) fäst på molekylen har vissa av vätena bytts ut till ”tungt väte” (Deuterium) med två protoner i atomkärnan ( 2H). Retentionstiderna för båda läkemedlen är ungefär densamma men med hjälp av vikten går det att skilja ut IS-märkta läkemedlet från den naturligt förekommande. För de läkemedel som saknade retentionstider i IS-lösningen (bisoprolol, metoprolol, ciprofloxacin, tetracyklin och venlafaxin), utgick vi ifrån Tramadol IS retentionstid i jämförelserna.
LABORATION ”DRICKSVATTEN”
Material
• dricksvatten från tre orter:
Umeå – 0,924 liter Stockholm – 1,006 liter
Ylitornio(Finlands motsvarighet till Övertorneå) – 0,343 liter
• Svavelsyra
• IS-lösning (51µl i varje behållare)
• Metanol
• Etylacetat
• Behållare för vattnet från de olika städerna
• Våg
• Indikator-remsor
• SUPELCO-instrument med 3 kolonner
• Mätglas
• 3 st rörglas
• TurboVap-instrument
• 3st vialer(GC-vialer)
• LCLC/MSMS-instrument
Parallellt med ovanstående studie gjordes också en studie där dricksvattnet från Umeå, Stockholm (Arlanda) och Ylitornio (Finland) analyserades för att mäta halten av läkemedel som fortfarande finns kvar trots att det renats.
Mängden vatten från de olika städerna vägdes och sedan tillsattes så mycket svavelsyra (H2SO4) som krävdes för att få pH någonstans mellan 1 och 3. I varje behållare med respektive dricksvatten tillsattes även 51 µl av IS. Även här tillsattes IS som ett slags indikator att ta hjälp av i analysen för respektive läkemedel.
Innan analys av vattnet kunde ske gjordes en Solid-phase extraction (SPE) för att separera läkemedelspartiklarna ur vattnet. Då användes ett instrument (SUPELCO) där vattnet eluerades genom små kolonner (tre stycken) innehållande ett filter som samlar upp substanserna men som släpper igenom vattnet ner i slasken.
När allt vatten eluerats tillsattes först 5 ml metanol och därefter 5 ml etylacetat i varje kolonn för att lösa upp substanserna ur filtret och kunna samla upp det i varsitt glasrör.
Rörglasen märktes med UMEÅ, STHLM respektive FINLAND och sattes sedan in i en maskin (TurboVap) där vätskan blåses bort (avdunstar snabbare) men lämnar kvar själva läkemedelsresterna. Det krävdes ungefär 45 minuters blåstid.
Slutligen hälldes 200µl metanol i respektive rörglas för att lösa upp läkemedelssubstanserna, varav 200µl av den blandningen sprutades ner i varsin vial (GC-vial). Innehållet i dessa vialer var det som sedan analyserades i LCLC/MSMS.
Resultaten av dessa visas i tabell 5 och 6.
8 Figur 4. Pågående SPE av dricksvattnet med hjälp av SUPELCO.
Resultat
LABORATION ”IMITATION AV RENINGSVERK”
Av alla 12 läkemedelssubstanser var det endast tre som detekterades i vattenproverna som analyserades efter reningen. Dessa tre, oxazepam, sulfametoxazol och flukonazol, hade inte renats fullkomligt och visade därför varierande värden i resultatet av analysen, se tabell 3 nedan. De nio substanser som ej detekterats hade renats helt, oavsett vilken kolonn de passerat, och uteslöts därför ur tabellerna. Alla substansers resultat finns dock som bilaga i slutet av rapporten.
Halten av varje substans i det spikade vattnet var 10µg/L (100 %).
Tabell 3. Mängd läkemedel (µg/l) som är kvar efter rening via respektive experimentell uppställning. Standardavvikelsen inkluderad (inom parentes).
Oxazepam Sulfametoxazol Flukonazol
S 9,4 (±0,05) 11,9 (±0,09) 9,9 (±0,03) S+J 1 (±0,02) 9,4 (±0,03) 6,4 (±0,03) S+aK 0,4 (±0,005) 1,7 (±0,03) 0,7 (±0,003)
Ref 10 10 10
9 Figur 5. Diagram över tabell 3 för att ytterligare tydliggöra skillnaderna för varje läkemedel i respektive experimentell uppställning. De svarta stolparna står för standardavvikelsen.
Resultaten visar alltså att vissa läkemedel är svårare än andra att göra sig av med. Det visar också skillnader på hur effektiva de olika experimentella uppställningarna är. För alla tre läkemedel så hade enbart sand inte så stor påverkan för reducering av substanserna, endast en liten del av oxazepam och flukonazol har reducerats medan sulfametoxazol inte har renats alls. Reningsverket med både sand och jord ser man däremot större skillnader för där har oxazepam sjunkit väldigt mycket och flukonazol har även den en mera tydlig reducering av halten. Där det dock skedde störst skillnad, och det reningsverk som renade bäst, var sand kombinerat med aktivt kol. Andelen för respektive läkemedel sjönk väldigt mycket, alla hamnade under 20% där oxazepam sjönk mest (4% kvar av den ursprungliga mängden).
LABORATION ”DRICKSVATTEN”
Endast hälften av de 12 läkemedel som studien fokuserar på detekterades under analysen, därför visas enbart resultaten från dessa läkemedelshalter i tabell 5.
Tabell 5. Halten(µg/L) av respektive läkemedel i dricksvattnet från de olika orterna.
Oxazepam Metoprolol Tramadol Flekainid Flukonazol Venlafaxin Umeå 0,00 0,00 0,00 0,00 0,12 0,00 Sthml(Arl) 3,00 13,33 5,23 0,50 2,03 2,02 Finland(Yli) 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,30
0%
20%
40%
60%
80%
100%
120%
140%
S S+J S+aK
Procentenheter
Typ av experimentell uppställning
Andel läkemedel efter rening via respektive uppställning
Oxazepam Sulfamethoxazole Fluconazole
10 Resultaten i denna studie visar att det skiljer sig ganska mycket mellan Stockholm- Arlandas vatten och vattnet i de nordligare orterna Umeå och Ylitornio (Finland).
Stockholmsvattnet detekterades för många fler läkemedel och halterna var mycket högre än i Umeå och Ylitornio där det i princip inte fanns några läkemedelsrester alls (utifrån de läkemedel jag studerar i denna studie). Dessutom verkar vissa läkemedel vara svårare att rena än andra, framförallt metoprolol med halten 13,3 µg/L men också tramadol på 5,2 µg/L.
Diskussion
Med tanke på att enbart 3 av 12 läkemedel fanns kvar i det renade vattnet oavsett vilken kolonn det passerat, kan man tolka det som att de tre uppställningarna är lika effektiva.
Om man sen tar hänsyn till totala halten av dessa tre läkemedel efter respektive rening så ser man större skillnader. Aktivt kol har en betydligt bättre förmåga att reducera läkemedelshalter än vad sand respektive sand+jord har. Detta är inte särskilt förvånande med tanke på att kolsuspensioner länge använts vid akuta toxiska tillstånd av personer som intagit för mycket av ett eller flera läkemedel. Ämnet har en mycket adsorberande förmåga i och med sin porösitet och molekylens stora yta (9). Att kolet suger åt sig läkemedel från vattnet är alltså ganska väntat.
I studien gjord av Ziylan A och Ince NH (7) har man analyserat aktivt kol i granulat form och studerat hur effektivt det renar avloppsvatten från analgetiska och anti- inflammatoriska läkemedel. Resultatet av det aktiva kolet visade sig vara väldigt effektivt, framför allt vad gällde hydrofoba och icke-joniserade läkemedel, dvs.
läkemedel med högt log KOW. Man påstår att reningen av läkemedelsrester innehållande karboxylgrupper var mindre effektiv med aktivt kol på grund av protolyseringen av den funktionella gruppen. Karboxylgrupper är väldigt hydrofila och när den dessutom protolyseras innebär det att den lämnar ifrån sig en proton och joniseras.
Framställning av läkemedelssubstanser kan vara oerhört komplext då molekylen helst ska vara lagom hydrofil, för att kunna transporteras via blodet till målcellen, samt lagom lipofil för att ta sig igenom cellmembran.
Tittar man på molekylstrukturen för oxazepam, sulfamethoxazol och flukonazol ser man att alla tre molekyler består av ett flertal polära atomer och funktionella grupper.
Framförallt är flukonazol väldigt polär med atomer såsom kväve (N), flour (F) och syre (O) som tillsammans med väte (H) bildar starka vätebindningar mellan molekylerna.
Dessutom tyder det låga värdet för log KOW (0,25) att molekylen inte är speciellt lipofil.
Oxazepam innehåller även den atomer såsom syre och kväve samt klor (Cl) som är polära, men den består också av en stor hydrofobisk del i molekylen, nämligen bensenringen. Kolväten bildar de intermolekylära bindningarna i form av van der Waahls bindningar och dessa är mer lipofila. Log KOW för oxazepam ligger på 2,24. För sulfamethoxazol ligger värdet för log KOW på 0,89 vilket är ganska rimligt eftersom även sulfamethoxazol består av väldigt många polära atomer (O,N) och har väldigt liten del av lipofila kolväten. Med dessa observationer skulle man kunna tycka att denna studie bland annat stärker teorin som författarna Ziylan A och Ince NH (7) har i sin studie om att aktivt kol har svårare att reducera hydrofila och joniserade substanser. Det går dock inte att dra den slutsatsen eftersom alla andra läkemedel som observerats i denna studie faktiskt också är väldigt hydrofila och består av många likvärdiga funktionella grupper och atomer som oxazepam, sulfametoxazol och flukonazol har.
Studien gjord av Kodešová R et al (8) bekräftar att fler faktorer, bl.a. omgivningens pH, spelar in. Varför det blev just dessa tre substanser som fanns kvar efter reningen går
11 alltså inte att säkerställa. Det krävs mer forskning och fler studier där fler egenskaper och faktorer beaktas.
Globalt sett är aktivt kol det mest utbredda adsorberande material som används för att avlägsna föroreningar i bland annat reningsverk. Trots det verkar inte den metoden användas i reningsverken som beskrivits i Umeå eller Stockholm. Med tanke på att resultaten tydde på att vattnet i Umeå och Ylitornio nästan var läkemedelsfria så finns inget behov av att framöver använda sig av aktivt kol i reningsmetoden. Däremot kan det vara ett alternativ för reningsverken i Stockholm att fundera över. I Stockholmsvattnet detekterades många läkemedel och med relativt höga halter. Mycket av det beror på att vattnet tas från ytvattnet i Mälaren. Sjön dit andra städer, exempelvis Västerås och Eskilstuna, släpper ut sitt avloppsvatten. Något som också ska tas till hänsyn är det faktum att effektiviteten i de kommunala reningsverken kan ha ett samband med väderförhållandena. På vintern när temperaturen är lägre samt under regniga perioder minskar den biologiska nedbrytningen. Allt detta innebär att vattnet som transporteras till vattenreningsverken i Stockholm innehåller mer föroreningar från början, än vad grundvattnet gör där vattnet anses vara väldigt rent efter att ha filtrerats genom marken. Även om Stockholms reningsverk renar så pass bra att halterna inte överstiger en olämplig gräns, så finns det uppenbarligen potential till förbättring. Kol är dessutom väldigt billigt att tillhandahålla. Det som dock är mer diskuterbart och måste tas till hänsyn är återvinningen av kolet. Kolet går att återvinna men det kräver mycket energi i form av upphettning och den återfår inte sin fulla kapacitet som tidigare. Det kan också behövas längre tid (några timmar) för att kolet ska hinna binda till sig ämnen och dessutom är det inte fullt lika effektivt vad gäller hydrofila föroreningar (9).
Det sker mer eller mindre komplexa metaboliska processer i den mänskliga kroppen samt biokemiska processer i reningen av avloppsvatten. Resultaten av dessa processer är varierande och kan innebära transformering från substans till metabolit och olika derivat, samtidigt som det kan ske i omvänd riktning. Metaboliter och derivater kan vara lika aktiva som den ursprungliga substansen och därför är det viktigt att ta hänsyn även till dessa i framtida studier (1). Att den ursprungliga substansen har försvunnit innebär inte avsaknad av läkemedelsrester.
Trots inga eller låga halter av läkemedel som detekterades i dricksvattnet från de tre orterna ska man alltså ha i åtanke att det inte är några definitiva halter. Halterna är dock så pass låga att det inte ska påverka en människa, varken på kort eller lång sikt, men helt säker kan man aldrig vara. Hur man påverkas av läkemedel och i vilken halt man känner av effekt för vissa läkemedel är väldigt individuellt.
Det finns dock vissa läkemedelskategorier som kan vara mer riskfyllda än andra med tanke på konsekvenser på djur och natur. Östrogenhormoner anses i viss mån påverka bl.a. fiskar. I denna studie undersöktes inga läkemedel i den kategorin, men en studie gjord av Osachoff HL et al (10) har tagit upp konsekvenserna av just dessa. De nämner bl.a. även ibuprofen, naproxen, salicylsyra, karbamazepin och koffein som några av de substanser som anses mer riskfyllda. Anledningen till det är att dessa substanser ofta är väldigt potenta och även en låg dos kan orsaka negativa effekter i både människor och djur. Östrogen har setts orsaka negativa orsaker framförallt hos fiskar och deras fortplantning genom att påverka transkriptionen av mRNA och hämma produktionen av vissa proteiner.
I dagsläget kan det vara otroligt svårt att lyckas rena vatten från alla slags läkemedel fullt ut. Det finns hundratusentals olika läkemedelssubstanser och för att rena alla krävs oerhört komplexa processer och metoder för att lyckas, vilket också blir en kostnadsfråga. Ett strängare försök till att designa och genomföra reningsmetoder som är effektivare på de mer riskfyllda läkemedlen, framförallt östrogener, skulle ändå behöva göras. Detta är en nödvändighet för att skydda de djurliv vi har kvar och som är en del av våra ekosystem.
12
Slutsats
Studierna har visat att det skiljer i tillvägagångssätt när det gäller rening av dricksvatten samt halterna av läkemedelsrester i dricksvattnet i olika delar av landet. I norra delen av Sverige samt Finland är vattnet renare än vad det är i Stockholm, trots att reningen i Stockholm innebär fler steg i processen. Skillnaden beror dock till stor del på att Stockholm tar sitt vatten från ytvattnet i sjön Mälaren, medan Umeå och Ylitornio tar sitt vatten från grundvattnet som är mycket renare.
Mycket av reningsarbetet gör naturen själv, partiklar och molekyler filtreras av bl.a.
sand och jord, men som denna studie tyder på är tillsats av aktivt kol snäppet bättre.
Aktivt kol skulle eventuellt kunna vara en lösning på hur man effektiviserar reningen av vatten framöver. Kostnadsmässigt är det en relativt billig metod men däremot råder en viss begränsning när det kommer till att rena de mer lipofila ämnen samt att det kan vara energikrävande och ogynnsamt att återvinna kolet.
Trots att halterna av läkemedel i dagsläget är så pass låga att människor inte tar skada av det, finns ändå risker att högpotenta läkemedel (t.ex. östrogen) orsakar negativa effekter hos främst fiskar, men också andra djur. Därför måste en skärpning i reningen göras och man måste sträva efter halter närmare noll på dessa.
Tack
Ett stort tack vill jag rikta till mina handledare, Lisa Lundin och Eva Weidemann, för den roliga laborationsveckan jag fick vara med om samt all hjälp jag fått under skrivandets gång.
13
Referenser
1. Jelic A, Gros M, Ginebreda A, Cespedes-‐Sánchez R, Ventura F, Petrociv M, et al. Occurrence, partition and removal of pharmaceuticals in sewage water and sludge wastewater treatment. Water research 2011 Nov;45:1165-‐76.
2. Zuehlke S, Duennbier U, Heberer T. Investigation of the behavior and
metabolism of pharmaceutical residues during purification of contaminated ground water used for drinking water supply. Chemosphere 2007
July;69:1673-‐80.
3. Vakin. Så renas avloppsvattnet. Umeå: Vakin(uppdaterad 2015-‐11-‐16) Hämtad från:
http://umeva.se/vattenavlopp/avlopp/avloppsreningsverk/sarenasavlopp svattnet.4.1f19cd52130398d83ff80001771.html
4. Stockholm vatten. Avloppsreningsverk. Stockholm: Stockholm Vatten(senast uppdaterad 2014-‐08-‐07) Hämtad
från:http://www.stockholmvatten.se/vatten-‐och-‐
avlopp/avloppsvatten/avloppsreningsverk/
5. Vakin. Vattenverk. Umeå: Vakin(Uppdaterad 2015-‐12-‐29) Hämtad från:
http://umeva.se/vattenavlopp/dricksvatten/vattenverk.4.1784e7ce12f44d 15bb280002253.html
6. Stockholm Vatten. Vattenreningsverk. Stockholm: Stockholm Vatten(senast uppdaterad 2014-‐08-‐07) Hämtad från:
http://www.stockholmvatten.se/vatten-‐och-‐
avlopp/dricksvatten/vattenverk/
7. Ziylan A, Ince NH. The occurrence and fate of anti-‐inflammatory and analgesic pharmaceuticals in sewage and fresh water: Treatability by conventional and non-‐conventional processes. Journal of Hazardous Materials 2011 Jan;187:24-‐36.
8. Kodešová R, Grabic R, Kočárek M, Klement A, Golovko O, Fér M et al.
Pharmaceuticals’ sorptions relative to properties of thirteen different soils.
Science of the total environment 2015 April;511:435-‐443.
9. Alsbaiee A, Smith BJ, Xiao L, Ling Y, Helbling DE, Dichtel WR. Rapid removal of organic micropollutants from water by a porous β-‐cyclodextrin polymer.
Nature 2016 Jan;529:190-‐194.
10. Osachoff HL, Mohammadali M, Skirrow RC, Hall ER, Brown L, van Aggelen G, et al. Evaluating the treatment of a syntetic wastewater containing a
pharmaceutical and personal care product chemical cocktail: Compound removal efficiency and effects on juvenile rainbow trout. Water research 2014 June;62:271-‐280.
14
Bilagor
Oxazepam Bisoprolol Metoprolol Ciprofloxacin Sulfamethox-‐
azole Tetracyklin
s1 8,7 0,0 0,0 0,0 10,7 0,0
s2 9,9 0,0 0,0 0,0 12,2 0,0
s3 9,6 0,0 0,0 0,1 12,9 0,0
s+j1 0,8 0,0 0,0 0,0 9,8 0,1
s+j2 1,3 0,0 0,0 0,0 9,0 0,0
s+j3 0,9 0,0 0,0 0,0 9,3 0,0
s+ak1 0,4 0,0 0,0 0,0 1,7 0,0
s+ak2 0,4 0,0 0,0 0,0 1,2 0,0
s+ak3 0,5 0,0 0,0 0,0 1,8 0,0
ref1 9,7 9,8 11,0 8,8 10,3 10,4
ref2 10,2 10,0 9,2 13,1 8,9 9,9
ref3 10,0 10,2 9,8 8,1 10,8 9,7
Trimetoprim Kodein Tramadol Flecainid Fluconazole Venlafaxin
s1 0,0 0,0 0,0 0,0 10,1 0,0
s2 0,0 0,0 0,0 0,0 10,1 0,0
s3 0,0 0,0 0,0 0,0 9,4 0,0
s+j1 0,0 0,0 0,0 0,0 6,2 0,0
s+j2 0,0 0,0 0,0 0,0 6,8 0,0
s+j3 0,0 0,0 0,0 0,0 6,1 0,0
s+ak1 0,0 0,0 0,0 0,0 0,8 0,0
s+ak2 0,0 0,0 0,0 0,0 0,7 0,0
s+ak3 0,0 0,0 0,0 0,0 0,7 0,0
ref1 10,3 10,1 10,3 10,5 9,6 10,0
ref2 9,9 9,5 9,6 9,5 10,0 10,2
ref3 9,8 10,4 10,1 10,0 10,4 9,9
Kolumn1 Oxazepam Sulfamethoxazole Fluconazole
s1 87% 107% 101%
s2 99% 122% 101%
s3 96% 129% 94%
s+j1 8% 98% 62%
s+j2 13% 90% 68%
s+j3 9% 93% 61%
s+ak1 4% 17% 8%
s+ak2 4% 12% 7%
s+ak3 5% 18% 7%
ref1 97% 103% 96%
ref2 102% 89% 100%
ref3 100% 108% 104%
Farmakologi och klinisk neurovetenskap 901 87 Umeå, Sweden
Telefon : 090-786 50 00 Texttelefon 090-786 59 00 www.umu.se
